Μερικές φορές, η φύση μπορεί να αποτελέσει την καλύτερη πηγή έμπνευσης, ακόμη και για τα ρομπότ. Ο Rob Shepherd, καθηγητής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Cornell, επιδίωξε να σχεδιάσει ένα μεγάλο, αθόρυβο υποβρύχιο ρομπότ για την παρακολούθηση της υγείας των ωκεανών, χωρίς να τρομάζει τη θαλάσσια ζωή. Για την έμπνευσή του, στράφηκε στο σπάνιο «ψάρι-κουπί» (oarfish) των βαθιών υδάτων, λόγω του μοναδικού τρόπου με τον οποίο κολυμπά.
Ένα αθόρυβο φάντασμα στο νερό
Στόχος ήταν να κατανοηθεί ο τρόπος κίνησης του συγκεκριμένου ψαριού, το οποίο κατέχει το ρεκόρ του μακρύτερου οστεϊχθύος (ψαριού με οστέινο σκελετό) που υπάρχει σήμερα. Η βιομιμητική πρόωση δημιουργεί μια ομαλή, στρωτή ροή (laminar flow), επιτρέποντας τη διακριτική υποβρύχια χαρτογράφηση και τη μακροχρόνια παρακολούθηση της θαλάσσιας ζωής.
Οι ναυτικές προπέλες προκαλούν δυνατό θόρυβο κάτω από το νερό. Τα ψάρια τρέπονται σε φυγή. Για να κατασκευάσει μια πλατφόρμα διακριτικής παρακολούθησης των ωκεανών για λογαριασμό του Γραφείου Ναυτικών Ερευνών (Office of Naval Research), ο καθηγητής Shepherd χρειαζόταν ένα σύστημα πρόωσης που δεν θα τρόμαζε τη θαλάσσια ζωή. Βρήκε την έμπνευσή του στο μυστηριώδες, ταινιόμορφο ψάρι-κουπί, το οποίο μπορεί να φτάσει σε μήκος τα 8 μέτρα (26 πόδια) και είναι επίσης γνωστό ως «ψάρι της Αποκάλυψης».
Ενώ τα περισσότερα θαλάσσια πλάσματα με μακρόστενο σώμα κολυμπούν όπως τα χέλια, κάμπτοντας ολόκληρο το σώμα τους, το ψάρι-κουπί παραμένει σχεδόν ακίνητο. Βασίζεται αποκλειστικά σε ένα ενιαίο, συνεχές ραχιαίο πτερύγιο για να γλιστρά αθόρυβα προς τα εμπρός και προς τα πίσω.
«Αν κολυμπάς στη λίμνη Cayuga το καλοκαίρι και περάσει κάποιο σκάφος, ο θόρυβος είναι πολύ έντονος», παρατήρησε ο Shepherd. «Μια πιο βιομιμητική προσέγγιση θα ήταν προτιμότερη για την αρμονική συνύπαρξη με τα ψάρια». Για να κατανοήσει πώς το πλάσμα αυτό επιτυγχάνει το συγκεκριμένο κατόρθωμα, ο Shepherd συνεργάστηκε με τον συνταξιούχο ιχθυολόγο του Cornell, Willy Bemis. Περισσότερα από τον τομέα της Καινοτομίας
Η μελέτη ενός άθικτου βασιλιά των ρεγγών (oarfish) είναι εξαιρετικά δύσκολη, καθώς τα σώματά τους συνήθως διαλύονται σε εύθραυστα τμήματα μετά τον θάνατο. Χρησιμοποιώντας αξονικές τομογραφίες (CT), ακτινογραφίες από το Ινστιτούτο Smithsonian και λεπτομερείς ανατομές, η ερευνητική ομάδα μελέτησε τους μηχανισμούς που κρύβονται πίσω από το μακρύ ραχιαίο πτερύγιο του ψαριού.
«Χειριστήρια» (joysticks) κάτω από το δέρμα
Αυτό που ανακάλυψαν ήταν ένας εκπληκτικός φυσικός μηχανισμός κίνησης, κρυμμένος κάτω από το δέρμα του πλάσματος. Εκατοντάδες μεμονωμένες ακτίνες πτερυγίου, που μοιάζουν με οστά, εδράζονται σε εξειδικευμένες αρθρώσεις τύπου «σφαίρας-κοιλότητας» (ball-and-socket), λειτουργώντας ουσιαστικά σαν μικροσκοπικά «χειριστήρια» κατά μήκος της ράχης του.
Ειδικές ομάδες μυών και χόνδρων κινούν κάθε ξεχωριστή ακτίνα, προσδίδοντας σε κάθε τμήμα πλήρη ελευθερία περιστροφής 360 μοιρών. Η συνδετική μεμβράνη μπορεί να μεταδώσει κύματα ώθησης προς αντίθετες κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Αυτός ο μοναδικός μηχανισμός προσφέρει στο ψάρι εξαιρετικά ακριβή έλεγχο, επιτρέποντάς του να προσαρμόζει την ταχύτητα και την κατεύθυνση ακαριαία, χωρίς να χρειάζεται να αλλάξει τη στάση του σώματός του.
«Μπορούν να αλλάζουν συνεχώς τη διάταξη αυτών των ακτίνων του ραχιαίου πτερυγίου και να το κάνουν πολύ γρήγορα», δήλωσε ο Bemis. «Οι μηχανικοί μετατρέπουν πλέον αυτά τα βιολογικά σχέδια σε πραγματικές κατασκευές. Μιμούμενη τον τρόπο με τον οποίο το ψάρι-κουπί (oarfish) ελέγχει την κίνησή του στο νερό, η ομάδα του Shepherd στοχεύει στη δημιουργία μεγάλων, αθόρυβων ρομποτικών συστημάτων παρακολούθησης, ικανών να μελετούν εύθραυστα θαλάσσια οικοσυστήματα χωρίς να διαταράσσουν την άγρια ζωή που φιλοξενούν.
Η φύση προσφέρει εκατομμύρια χρόνια εξελικτικών δοκιμών, παρέχοντας στους ειδικούς της ρομποτικής μηχανικά σχέδια δοκιμασμένα στην πράξη, συστήματα πρόωσης υψηλής ενεργειακής απόδοσης και προσαρμοστικές συμπεριφορές. Στο παρελθόν, ερευνητές έχουν σχεδιάσει διάφορα βιομιμητικά ρομπότ.
Ειδικοί στη ρομποτική από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ αξιοποίησαν αυτή την αρχή για να κατασκευάσουν το Stickybot, ένα ρομπότ αναρρίχησης που διαθέτει συνθετικά πέλματα, σχεδιασμένα κατά το πρότυπο των δακτύλων του γκέκο. Το εξειδικευμένο υλικό επιτρέπει στις ρομποτικές διατάξεις συγκράτησης να προσκολλώνται σταθερά σε γυαλί, λείες επιφάνειες και διαστημικό εξοπλισμό, χωρίς να αφήνουν πίσω τους κολλώδη χημικά υπολείμματα.
www.worldenergynews.gr
